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SAN存储技术进阶知识
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更新于2023-03-03
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SAN 是千兆位速率的网络,它依托光纤通道(Fibre Channel)为服务器和存储设备之间的连接提供更高的吞吐能力、支
持更远的距离和更可靠的连通。SAN 可以是交换式网络,也可以是共享式网络。
以目前的技术,其中任何一种网络都能够提供更好的伸缩性、故障恢复和诊断信息;此外,以其中任何一种网络为基础
建设 SAN 都不需要对现有设施进行全面升级。由于降低了管理成本,SAN 的基本设施的最初成本也就变得并不昂贵。
SAN 的组成通常包括服务器(主机)、存储设备(磁带或者磁盘阵列)以及桥接器和多路复用器,并且所有这些设备都连接
在光纤通道的交换机上。
在 LAN 和 WAN 环境中,交换机为连接着的所有设备提供主干,其中的一个或多个交换机称为光纤通道交换矩阵
(Switching Fabric)。SAN 的交换矩阵允许数以千计的结点进行连接。SAN 还可以组成 FC-AL 环网(Fibre Channel
Arbitrated Loop),这是一种共享介质的网络。
FC-AL 环网结构在每个环上允许多达 126 个设备,可以直接连接到光纤通道的交换机上,也可以连接到和交换机相连
的集线器上。此外,光纤通道还有助于分担服务器的负载,以前服务器一直要承担向存储设备和 LAN 传输数据的负担;
而现在,服务器可以将传输数据的工作交给 SAN。
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SAN 的设计
要进行 SAN 网络的安装,任务是相当简单的。光纤通道 SAN 可以设计成共享介质的网络,也可以设计成交换式访问的
网络。
在共享介质的网络中,所有设备共享同一个千兆位的环,这种结构的问题在于随着设备的增加,网络的吞吐能力会下
降。尽管对于小型应用环境来说这也许是可以接受的,但基于光纤通道交换机的主干将大大增加 SAN 的总带宽。
建立交换矩阵 SAN 可以使用一个或多个光纤通道交换机,然而只有当所有存储设备的网卡象操作系统和应用一样能够
连接到这一交换矩阵上,才有可能访问由这一交换矩阵所提供的服务。这是因为首先网卡要通过登录到这一交换矩阵
来成为网络的一个成员,这一过程称作 Fabric Login。因而显而易见,在组建 SAN 时选用支持 Fabric Login 的网卡是
非常重要的。
对于连接到 SAN 中的设备,另外一个关键的问题是发现整个交换矩阵中的所有设备的能力。光纤通道定义了一种发现
机制 SNS(Simple Name Service),它能够知道连接在这一体系结构上的设备的地址、类型以及特征。SNS 信息驻留在
光纤通道交换机中,而网卡和存储控制器则从交换机中查询 SNS 数据,因而网络管理员同时还应该寻求支持 SNS 的光
纤通道网卡和存储控制器。 字串 7
对于错误恢复和故障隔离,光纤通道有着一个称为 RSCN(Registered State Change Notification)的可选功能,能够对
设备进行配置更改。假如 RAID(Redundant Array of Independent Disks)或者是 JBOD(Just a Bunch of Disks,没有
RAID 控制器的磁盘集)、磁带设备和主机是直接连接到一个交换阵列矩阵上,而不是同处于一个共享访问的连接环上,
则 RSCN 所起的作用会更大。因为故障结点不会影响到其他任何连接到这一交换矩阵体系上的设备。同时由于有问题
的设备或是连接能够被隔离,因而交换式网络的故障恢复速度也要比共享介质的网络要快得多。
此外,光纤通道本身还具有多点传送的功能特性。别名服务器是一个可选的交换矩阵的服务,它的角色相当于一个光
纤通道多点传送场所,进行多点发送组的创建和删除。但是光纤通道的多点传送和 IP 多点传送并不相同,在 IP 多点传
送中,是由主机来建立多点传送组,而且这一团组也仅仅工作在网络层;然而交换矩阵本身能够帮助进行多点传送,这
种团组关系基于光纤通道的物理地址,对上层的协议是完全透明的。
由于光纤通道能够结合许多不同的协议,网络管理员可以通过建立 SAN 来满足最大规模的数据中心的存储需求。例如,
通过使用 SNA 到光纤通道的网关和光纤通道到 SSA(Serial Storage Architecture)的桥接设备,完全可以将
Escon(Enterprise Systems Connection)设备和 SSA 设备集成到 SAN 中。未来的大型主机和 SSA 设备将支持到光纤通
道的直接连接。通过使用分布式锁管理软件或者一些分区机制,这些数据中心的 SAN 甚至可以允许存储设备为企业环
境中的所有服务器共享,而不管他们所运行的操作系统是 Unix 操作系统还是 NT。 字串 6
SAN 的管理
为了做好管理工作,网络人员应该能够使用 LAN 和 WAN 环境中的所有工具和系统。这就意味着他们必须寻找能够通
过 SNMP 协议管理或者运用 HTTP 传输协议通过 Web 界面进行管理的 SAN 设备。
同时设备还应该支持 telnet 登录协议;SCSI 设备上另一个可供选择的特性是 SES(SCSI Enclosure Services)。所有这些
设备都应该提供有关设备状态、性能级别、配置和拓扑变化以及历史数据等方面的详细信息,主要的状态和性能信息
包括吞吐量和响应时间,将来还要求提供一些传输确认和优化工具。
在 FC-AL 网络中,由集线器来提供环网上所有设备的管理信息。但是它不能提供连接在环以外的设备的信息。当然,
当这个环连接到交换矩阵上以后,就能够对任何设备进行远程管理和诊断了。在确定使用何种方式将环连接到交换机
上以后,网络管理员们应该尽量寻求性能良好的设备,以使它们能够充分利用独占环的时间来传输数据。
SAN 的选择
现在,一些企业用户已经安装了交换式或者共享介质的 SAN 网络,但他们需要将两种网络进行合并,所以应该一开始
就考虑好 SAN 的哪些部分需要采用交换式网络、哪些部分又需要采用共享式网络。
字串 6
对小型网络而言(只有一两台服务器和一两个 RAID 或是 JBOD 磁盘阵列),存在着 3 种选择:仅仅采用 SCSI 应用模式;转
移到点对点的光纤通道网络(一块网卡连接一个存储设备使服务器到所有存储设备都存在连接);通过环形拓扑结构采用
一个共享访问(基于集线器)的 SAN。主要的考虑因素是成本和平滑升级的能力。
对于具有多个服务器和数据量超过 500GB 的智能阵列的网络,则最好采用基于交换方式的 SAN。对于具有 3 台服务器、
多个 RAID 阵列和一个磁带系统的中等规模网络,可以将 RAID 阵列和服务器进行交换式的连接,服务器和多个 JBOD
设备之间采用环型连接,而磁带系统则采用桥接方式连接(见图)。但同时要记住,由于这一 SAN 是基于交换机而组建
的,因而它可以进行故障隔离,能够提供其他交换矩阵的服务。
究竟一个 SAN 的哪些部分应该设计成共享式的、又有多少部分应该设计成交换式的,这个问题必须视具体情况而定。
在这一问题上,不应该将所存储的数据量作为决定组建何种类型的 SAN 网络的主要因素。相反,应该从数据的重要程
度、网络的距离要求、存储设备的管理需求、数据的可用性和灾难恢复的需求以及管理和应付配置改变的能力方面来
考虑。
首先,应考虑企业内部如何进行重要数据的访问。例如,对于通过并行的 SCSI 接口连接的存储设备,服务器是控制中
心。当服务器发生问题时,可能需要 30 到 90 秒才能够正常复位。对于提供电子商务服务的公司,这段时间足以带来
致命的打击,因此不能采用共享介质的 SAN。因为这种网络不能够消除复位时间,而且由于令牌环还要进行一个环初
始化过程(Loop Initialization Process),这将导致所有设备的复位。 字串 9
假如对数据的访问具有相互竞争的需求,那交换式的结构体系则正好符合要求。假如对于存储有距离要求(如跨越建筑
物或是跨越园区内的多幢建筑物),则 SCSI 可能就不是一种合适的选择,因为 SCSI 的传输有 70 米的距离限制,即使
使用了 SCSI 集线器或者中继器也没有用处。假如想要监视位于多个建筑物中的设备的状态,光纤通道的 SAN 比较适
合,因为它本身就能够提供管理特性。使用位于环上的 JBOD 设备的部门,可以直接连接到位于 SAN 网络主干上的交
换机上,交换式主干于是就与服务器以及位于环上的存储阵列直接连接,创建了一个虚拟的数据中心,为网络管理员
提供管理数据和信息。
最后,从灾难恢复的角度来看,交换式的结构也是一个正确的选择。在 10 公里或更远距离以外创建一个冗余(备份)的
数据中心,需要非常高的带宽来进行数据同步,这一要求目前只有交换的方式能够提供。
SAN 的 ASP
对于不同专业的从业人员,ASP 有着不同的含义。但是当它和支持 Web 功能的 ERP 以及电子商务应用发生联系时,
ASP 只能是可用性、灵活性和性能(Availability、Scalability、Performance)的代名词。在这种解释之下的 ASP 带来了
很多技术难题,那就是要求向用户提供跨越网络的可以持续稳定访问的应用系统。
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网络上这种开放的服务刺激了用户数量和数据的传输量,同时在应用上也产生了许多不可预知的问题。那些大型的
ERP 和电子商务系统遍布全球,为了提高性能,对这种应用的访问需要强有力的数据缓存。沿用以前的系统(如大型主
机)来装载新的应用是一个极端,而选择基于 PC 的低端服务器运行应用则是另外一个极端。相比之下,SAN 是最佳的
选择,它能够减轻所有这些问题。
SAN 和集群
SAN 可以被用作所有存储资源的高级网络主干,其中包括硬盘、磁带、光纤通道的硬盘和遥控设备,它们在网络上的
所有服务器节点之间共享。支持 SAN 功能的集群使用了集群技术,也就是两台或多台互相之间知道彼此配置和所提供
的服务/应用的计算机系统完全协同工作在 SAN 拓扑环境中。一个真正意义上的 SAN 网络早已超越了任意连通性、任
意服务器到任意存储系统的连通的观念。事实上,通过将所有存储系统从一个高速的网络主干上隔离出来,或是通过
在数据、存储管理和使用这些数据的应用之间引入逻辑层/物理层,这种好处是相当巨大的。
为了实现无缝的存储管理,SAN 结构本来应该在所有存储资源(如磁盘阵列、备份设备、逻辑卷的管理、文件系统管理
和备份管理)以及所有需要这些资源的应用系统基础之上,引进一个软件层。那些运行在 CPU 数目满足需求的服务器上
的应用服务(如应用服务器、数据库管理系统、中间件、HTTP 服务器)能够提供负载均衡和故障切换功能,而不需要专
门的存储设备。
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这些应用服务并不知道数据存储方面的有关信息,比如数据实际上究竟存放在什么地方、数据是否已经了镜像和分布
式处理等。所有基于网络的 RAID、分布式 I/O、数据冗余、配置冗余、硬盘组、逻辑卷、动态的多个路径、分层存储、
在线的高速备份等有关的问题都由存储管理系统来处理。一个正确的 SAN 是一个能够提供高可用性、增强的灵活性和
改良的性能的基础构架。
SAN 能够提供一个理想的拓扑结构来实现集群系统,因而其中一个系统的故障并不意味着所提供的服务会发生任何中
断。参与这一集群的其他一个或多个生还的结点将自动处理由故障结点所提供的应用或服务。支持 SAN 的集群的一个
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